冠醚接枝聚乙烯醇微孔膜制備及其鋰同位素吸附分離性能研究.pdf

1、鋰是世界上最輕的金屬元素。自然界中的鋰有6Li和7Li兩種穩(wěn)定同位素，其中，6Li是核聚變反應(yīng)堆必不可少的燃料，可以通過(guò)中子的轟擊使得氚和氦不斷增殖，而7Li則被用作核聚變反應(yīng)堆的堆心冷卻劑和導(dǎo)熱的載熱劑。所以，鋰同位素分離和提純對(duì)于綠色核能的開(kāi)發(fā)和發(fā)展至關(guān)重要。本文利用冠醚分子對(duì)鋰同位素的吸附和分離效應(yīng)，通過(guò)化學(xué)接枝法將其固載到高分子聚合物中并進(jìn)行微孔膜結(jié)構(gòu)調(diào)控，探索微孔膜對(duì)鋰同位素的吸附和分離性能。
　　本文以冠醚接枝聚乙烯醇

2、(PVA-g-FB15C5)為膜材料，以水為溶劑，通過(guò)浸沒(méi)沉淀相轉(zhuǎn)化技術(shù)，以過(guò)飽和硫酸鈉溶液為凝固浴，考察了致孔劑用量、鑄膜液溫度和粘度、凝固浴溫度、交聯(lián)時(shí)間以及交聯(lián)溫度等對(duì)膜結(jié)構(gòu)和膜性能的影響。結(jié)果表明，在沒(méi)有致孔劑的情況下，PVA-g-FB15C5膜上表面會(huì)出現(xiàn)較厚的皮層結(jié)構(gòu)，當(dāng)PEG2000添加量為1％時(shí)，PVA-g-FB15C5出現(xiàn)了較好的海綿狀孔結(jié)構(gòu)。在最佳成膜條件下得到的膜平均孔徑為0.211μm，孔隙率60.5％，水通量達(dá)

3、到1225L/m2·h。此外，隨著交聯(lián)時(shí)間的增加，在交聯(lián)60min后，交聯(lián)度趨于平衡，接近33％左右，當(dāng)交聯(lián)溫度為30℃、交聯(lián)時(shí)間為20min時(shí)，膜操作性能最穩(wěn)定。
　　采用靜態(tài)吸附法研究了PVA-g-FB15C5微孔膜對(duì)鋰離子吸附的吸附動(dòng)力學(xué)、吸附熱力學(xué)，并采用Lagrange準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程、準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)學(xué)方程、Langmuir等溫線方程、Freundlich等溫線方程、Dubinin-Radushkevich等溫線方程以及T

4、emkin等溫線方程對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合。結(jié)果表明，在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)PVA-g-FB15C5微孔膜對(duì)鋰離子的吸附率均隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，在30min時(shí)達(dá)到吸附平衡。PVA-g-FB15C5微孔膜對(duì)鋰離子的吸附動(dòng)力學(xué)符合Lagrange準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，表明該吸附過(guò)程為典型的化學(xué)吸附。吸附熱力學(xué)符合Freundlich等溫線方程，表明吸附主要發(fā)生在PVA-g-FB15C5微孔膜的膜內(nèi)部活性區(qū)位，屬于多分子層吸附。在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，吉

5、布斯自由能變、吸附焓變和熵變均為負(fù)值，表明PVA-g-FB15C5微孔膜對(duì)鋰離子的吸附為自發(fā)進(jìn)行的放熱過(guò)程。
　　采用液-固萃取體系研究了PVA-g-FB15C5微孔膜對(duì)鋰同位素的分離性能，系統(tǒng)考察萃取時(shí)間、溫度、鋰鹽種類(lèi)、溶劑種類(lèi)和冠醚固載量等因素對(duì)鋰同位素分離性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)冠醚固載于PVA之后，隨著固載量從0.317mmol/g升高至1.836mmol/g，分離因子由1.01±0.002提高到1.046±0.002。